【手続補正書】
【提出日】平成18年1月17日(2006.1.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィードフォワード制御を行うにあたって、プロセスに加わる外乱パターンを推定し、その外乱パターンをフィードフォワード操作量に変換して操作量を補償するようにしたプロセス制御装置に関する。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００２】
【従来の技術】
従来からＰＩ制御あるいはＰＩＤ制御によるフィードバック制御あるいはフィードフォワード制御が知られているが、近年のバッチプロセスにおける付加価値の高い少量多品種生産計画においては、今までのフィードバック制御あるいはフィードフォワード制御だけでは、未知の外乱に対して十分な制御性能を得られないことがあり、このためプロセスモデルを用い将来のプロセスの挙動を予測し、現在の操作量を決定するように構成したモデル予測制御装置が数多く提案されている。ところが、従来のモデル予測制御装置による外乱補償機能は、測定外乱に対するフィードフォワード補償と、未測定外乱を一定のものであると仮定し、推定外乱に対し外乱補償を行うものであった。そのために、時間と共に変動するプロセスの特性値や未知の外乱に対しては制御性能が良好でないといった構造上の問題点を有している。
一方特許文献１には、外乱補償の手段としてプロセス値と予測モデルのプロセス値との誤差を測定不可外乱として取り扱うことで、プロセスの動特性変化や測定不可の外乱に対する制御性を向上させる旨が記載されている。具体的には操作出力演算部からの操作出力に基づいてモデル部から得られたモデル出力とプロセスからのプロセス量との偏差を外乱フィルタにて演算し、この偏差に基づいて得られた外乱推定信号を含むプロセス量の予測値を前記操作出力演算部に入力し、当該操作出力演算部にてプロセス量の予測値と参照軌道の予測値とが一致するように操作出力を計算し、こうして外乱を補償する手法である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
先ず前者である外乱パターンの推定に関する部位は、外乱推定部４１と、推定した外乱パターンを記憶するための推定外乱パターン記憶部４２と、からなる。外乱推定部４１は、図３に示すように主調節器３１の操作量（操作出力）ＭＶと制御量である内温YP  （温度検出値）とを入力とし、推定外乱DV'を出力するように構成されており、推定用調節器５１と、主調節器３１の制御対象５４の伝達関数GPと同等の伝達関数GP'により推定用調節器５１からの操作量を演算する、いわば擬似制御対象である演算処理部５２と、推定用調節器５１の操作量ＭＶ'と主調節器３１の操作量ＭＶとを突き合わせてその偏差を取る加算器５３と、を備えている。ここで前記制御対象５４は、従調節器３２とプロセス（温調媒体を制御することによって行われる製品生成処理）とを合わせたものをいう。また伝達関数GP'は、従調節器３２と、冷媒あるいは熱媒が循環温調媒体と混合される工程と、ジャケットタンク1の熱移動とを一次遅れモデルに近似した伝達関数として表現される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
推定用調節器５１は、主調節器３１や従調節器３２と同様にモデル予測制御が採用されていて、主調節器３１と同様に構成されており、設定された参照軌道をプロセス値が一致するような操作量を制御周期毎に出力する。従って推定用調節器５１の内部モデルは、従調節器３２と、冷媒あるいは熱媒が循環温調媒体と混合される工程と、ジャケットタンク1との熱移動を一次遅れ近似したモデルとして定義される。この推定用調節器は、擬似制御対象の伝達関数GP'の応答時間が限りなく小さくなるように常時設定されており、制御対象５４から得られた制御結果（内温）YP  を目標値とし、伝達関数GP'（擬似制御対象）を通して得られた制御結果である制御量（内温）YP'と前記目標値とに応じた操作量ＭＶ'を出力する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ここでプロセスに外乱が加わると、例えば反応容器１１内で発熱反応が起こると内温YP  が変動するが、この変動は、図３に示すように操作量ＭＶに対して外乱ＤＶが加わったと考えることができる。外乱推定部４１はこの外乱ＤＶを推定しようとするものであり、主調節器３１及び制御対象５４に相当する制御系を、推定用調節器５１及び演算処理部５２により擬似制御系として作成している。この擬似制御系は外乱が含まれないので、実際の制御系においても外乱が加わらなければ（図３に示すＤＶが存在しなければ）、理論的には主調節器３１の操作量ＭＶと調節器の操作量ＭＶ'とは等しくなり、加算器５３における加算結果（ＭＶとＭＶ'との偏差分）はゼロであるが、実際の制御系において外乱DVが加われば、ＭＶとＭＶ'との偏差分がDV'として現れる。即ちこのDV'は外乱DVに相当する推定外乱となる。後に詳述するが、このときの計算結果が図８〜図１０に示されている。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
以上の説明はオンラインにより外乱を推定する場合であるが、オフラインにより外乱を推定するようにしてもよい。この場合、運転サイクルにおける操作量ＭＶと内温とを後述のように運転来歴記憶部４８内に記憶しておき、運転サイクル時には外乱を推定せずに、後で操作員の指示により運転来歴記憶部４８内のデータ（操作量ＭＶと内温）を呼び出して外乱推定部４１が当該運転サイクルにおける外乱を推定するようにしてもよい。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
外乱補償器４の簡単な使い方の一つとしては、例えば原料を反応容器１１内に投入して反応生成物である製品を得る場合、最初の１バッチ目の処理を行うときに、外乱推定部４１により既述のようにして外乱パターンを求めて推定外乱記憶部４２に記憶しておき、同種のプロセスにおける次の２バッチ目以降の処理を行うときに、１バッチ目で取得した推定外乱パターンを主調節器３１の操作量から差し引くようにして外乱を打ち消す手法が挙げられる。実際には、１バッチ目で得た推定外乱パターンをそのまま使うのではなく、いくつかの運転サイクル（バッチ処理）で得た外乱パターンの中から選択して、あるいはそれら外乱パターンに処理を加える場合例えば複数の外乱パターンの平均値を求めるといった場合もある。より具体的には、生産レシピ毎に予め複数回運転を行って外乱を推定しておき、取得した外乱に基づいて例えば複数の代表的な外乱パターンを決めておき、実際に生産するときに操作員がそれら複数の外乱パターンの中から使用する外乱パターンを選択するようにしてもよい。例えば後述する図６に示すように、操作員が表示／操作部４３により生産レシピの番号を選択し、更にその生産レシピに割り当てられて用意されたいくつかの外乱パターンの中から、そのときに使用する外乱パターンを選択すると共に外乱パターンの使用モードを選択する。なお生産レシピに複数の外乱パターンを用意せずに、得ようとする製品の種類（銘柄）毎に１個の外乱パターンを割り当てるようにしてもよい。また前記外乱パターンの使用モードとは、後述する外乱パターンの位相及び外乱補償の開始タイミング並びに外乱補償の時間などである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
推定外乱発生器４６は、出力外乱パターン記憶部４５内のデータを読み出して推定外乱パターンを出力し、ＦＦ演算器４７はこの出力データをフィードフォワード操作量に変換する。また図１におい３３は加算器３３であり、ＦＦ演算器４７からのフィードフォワード操作量を主調節器３１の操作量ＭＶに加算する。ＦＦ演算器４７はプロセスに加わる推定外乱パターンの符号を変えた後、従調節器３２とプロセスの無駄時間分位相を進め、フィードフォワード操作量として出力するものである。この例では、推定外乱発生器４６及びＦＦ演算器４７は、推定外乱パターンをフィードフォワード操作量として出力するための推定外乱出力部４０をなすものである。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
次に図３に戻って、外乱の推定について数式により考察する。推定外乱DV'は主調節器３１の制御対象５４の前段に入力されると仮定すると、真の再現性のある外乱DV1と真の再現性のない外乱DV2とモデルミスマッチやプロセスの非線形性による誤差εとの関係は次式である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
一方、推定用調節器はジャケットタンク１の内温、すなわちＹpを設定値とし、従調節器３２と既述のプロセスからなる制御対象の熱移動を一次遅れモデルに近似した伝達関数GP'を制御する。ここで、設定値YPの変化に対して、制御量YP'は、推定用調節器５１にて設定される参照軌道に依存するが、YPの変化に遅れて追従するので次式となる。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５７】
次に、上述の実施の形態に係るプロセス制御装置を計算機を用いて実施する場合における処理の全体の流れについて図７のフローチャートを参照しながら説明する。同図において、プロセス制御装置が起動すると、表示／操作部４３は操作員からの入力操作待ち、あるいは通信プログラムによる遠隔装置への操作員による入力操作待ちとなる（ステップＳ１）。入力操作により製品の製造実施が選択されると、表示画面にて（図６参照）、製造する製品の情報についてレシピの確認および、外乱補償データを指定する（ステップＳ２）。運転はレシピ情報に基づきバッチプロセスが進行するが、この例ではDCS等他の計算機により運転シーケンス処理の機能を有するものとしている。外乱補償データとして、過去に得られたどの推定外乱パターンを使用するかを選択し、トリガータグの設定、位相、補償時間を設定する。使用する推定パターンについては、この例では外乱補償器４の中の推定外乱パターン記憶部４２から運転開始以前に前もって外乱データ処理部４４を介して出力外乱パターン記憶部４５に転送される。
【手続補正１２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2004348481.tif 000001
【手続補正１３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2004348481.tif 000002